一種生物電滲析新型陰極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物電滲析新型陰極的制備方法，屬于生物電化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種利用添加造孔劑制備生物電滲析新型陰極的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源技術(shù)的深入發(fā)展，生物電化學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用也日益廣泛。生物電滲析作為生物電化學(xué)系統(tǒng)中的一種，其技術(shù)得到越來越快多的關(guān)注和發(fā)展。然而，現(xiàn)有的生物電滲析系統(tǒng)的輸出功率通常較低，往往需要較大的導(dǎo)電電流和電壓才能獲取所需的效果，能耗較大。現(xiàn)在迫切需要一種能耗低、成本少的方法來解決這一難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種制備生物電滲析新型陰極的方法，該方法以在空氣陰極添加造孔劑為主要方式。
[0004]提供一種生物電滲析新型陰極，包括空氣陰極和造孔劑，所述空氣陰極主要基材為不銹鋼網(wǎng)，所述基材兩面分別輥壓擴(kuò)散層和催化層，其中擴(kuò)散層與空氣接觸，催化層與電解液接觸，所述的造孔劑加入到擴(kuò)散層中一同輥壓。
[0005]所述擴(kuò)散層為:對于面積為4X8cm2的陰極，稱取一定量的炭黑到燒杯中加入約30mL無水乙醇，輕輕搖晃使混合粉末完全浸沒在無水乙醇中，超聲處理30分鐘。稱取質(zhì)量濃度為60%的聚四氟乙烯乳液與炭黑的比例為7: 3，逐滴加入到混合液中，再超聲處理30分鐘，將混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸發(fā)，期間不斷攪拌混合液直到混合液形成面粉團(tuán)狀為止，將擴(kuò)散層炭黑粉團(tuán)反復(fù)輥壓成多片厚度為0-0.45mm的薄片，從而得到擴(kuò)散層。
[0006]所述添加造孔劑方式為:取一定量的造孔劑在105°C的條件下烘干2h，冷卻后研磨過140目的篩，得到粉末狀造孔劑，按照造孔劑與擴(kuò)散層中炭黑的一定質(zhì)量比來稱量該粉末狀造孔劑，再按照擴(kuò)散層制作流程來完成添加造孔劑的擴(kuò)散層制作。
[0007]所述催化層為:對于面積為4X8cm2的陰極，稱取一定量的活性碳到燒杯中加入約30mL無水乙醇，輕輕搖晃使混合粉末完全浸沒在無水乙醇中，超聲處理30分鐘。稱取質(zhì)量濃度為60%的聚四氟乙烯乳液與活性炭的比例為1: 6，逐滴加入到混合液中，再超聲處理30分鐘，將混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸發(fā)，期間不斷攪拌混合液直到混合液形成面粉團(tuán)狀為止，將催化層的厚度滾壓成0-0.45mm的薄片，從而得到催化層。
[0008]對于造孔劑的處理，將滾壓好的陰極放到去離子水中煮沸，更換去離子水若干次，直至滴加BaCl2溶液無明顯沉淀為止，再在蒸餾水中煮沸片刻，用蒸餾水將陰極表面殘留的硫酸鋇沉淀以及陰極表面的活性劑清洗干凈，時(shí)間約一個(gè)小時(shí)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:(I)采用輥壓法制備的新型陰極，制作方式簡便可操作；(2)本發(fā)明制備方法制得的陰極使得生物電滲析系統(tǒng)的輸出功率明顯提升，可實(shí)現(xiàn)能耗顯著下降。
【附圖說明】
[0010]附圖1是本發(fā)明所述的新型陰極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]附圖2是本發(fā)明不同造孔劑含量的陰極處理自配含乙酸鈉廢水的電池輸出功率曲線和極化曲線。
具體實(shí)施方案
[0012]如圖1所示，應(yīng)用于生物電滲析系統(tǒng)的新型陰極是由空氣陰極和造孔劑三層輥壓式制成，所述三層由擴(kuò)散層、基體材料層、催化層構(gòu)成，所述空氣陰極主要基體材料為不銹鋼網(wǎng)，所述基體材料兩面分別輥壓擴(kuò)散層和催化層，其中擴(kuò)散層與空氣接觸，催化層與電解液接觸，所述的造孔劑加入到擴(kuò)散層中一同輥壓。
[0013]所述擴(kuò)散層為:對于面積為4X8cm2的陰極，稱取一定量的炭黑到燒杯中加入約30mL無水乙醇，輕輕搖晃使混合粉末完全浸沒在無水乙醇中，超聲處理30分鐘。稱取質(zhì)量濃度為60%的聚四氟乙烯乳液與炭黑的比例為7: 3，逐滴加入到混合液中，再超聲處理30分鐘，將混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸發(fā)，期間不斷攪拌混合液直到混合液形成面粉團(tuán)狀為止，將擴(kuò)散層炭黑粉團(tuán)反復(fù)輥壓成多片厚度為0-0.45mm的薄片，從而得到擴(kuò)散層。
[0014]所述添加造孔劑方式為:取一定量的造孔劑在105°C的條件下烘干2小時(shí)，冷卻后研磨過140目的篩，得到粉末狀造孔劑，按照造孔劑與擴(kuò)散層中炭黑的一定質(zhì)量比來稱量該粉末狀造孔劑，再按照擴(kuò)散層制作流程來完成添加造孔劑的擴(kuò)散層制作。
[0015]所述催化層為:對于面積為4X8cm2的陰極，稱取一定量的活性碳到燒杯中加入約30mL無水乙醇，輕輕搖晃使混合粉末完全浸沒在無水乙醇中，超聲處理30分鐘。稱取質(zhì)量濃度為60%的聚四氟乙烯乳液與活性炭的比例為1: 6，逐滴加入到混合液中，再超聲處理30分鐘，將混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸發(fā)，期間不斷攪拌混合液直到混合液形成面粉團(tuán)狀為止，將催化層的厚度滾壓成0-0.45mm的薄片，從而得到催化層。
[0016]根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，相較于現(xiàn)有技術(shù)，利用本發(fā)明制備的新型陰極使得生物電滲析系統(tǒng)的輸出功率明顯提升，尤其是當(dāng)擴(kuò)散層中造孔劑與炭黑的質(zhì)量比為50%時(shí)，達(dá)到最高功率密度為1290-1512mW/m2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物電滲析新型陰極的制備方法，其特征在于所述方法為:生物電滲析系統(tǒng)的新型陰極是由空氣陰極和造孔劑三層輥壓式制成，所述三層由擴(kuò)散層、基體材料層、催化層構(gòu)成，所述空氣陰極主要基體材料為不銹鋼網(wǎng)，所述基體材料兩面分別輥壓擴(kuò)散層和催化層，其中擴(kuò)散層與空氣接觸，催化層與電解液接觸，所述的造孔劑加入到擴(kuò)散層中一同輥壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述擴(kuò)散層為:對于面積為4X 8cm 2的陰極，稱取一定量的炭黑到燒杯中加入約30mL無水乙醇，輕輕搖晃使混合粉末完全浸沒在無水乙醇中，超聲處理30分鐘。稱取質(zhì)量濃度為60%的聚四氟乙烯乳液與炭黑的比例為7: 3，逐滴加入到混合液中，再超聲處理30分鐘，將混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸發(fā)，期間不斷攪拌混合液直到混合液形成面粉團(tuán)狀為止，將擴(kuò)散層炭黑粉團(tuán)反復(fù)輥壓成多片厚度為0-0.45mm的薄片，從而得到擴(kuò)散層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述添加造孔劑方式為:取一定量的造孔劑在105°C的條件下烘干2小時(shí)，冷卻后研磨過140目的篩，得到粉末狀造孔劑，按照造孔劑與擴(kuò)散層中炭黑的一定質(zhì)量比來稱量該粉末狀造孔劑，再按照擴(kuò)散層制作流程來完成添加造孔劑的擴(kuò)散層制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述催化層為:對于面積為4X8cm2的陰極，稱取一定量的活性碳到燒杯中加入約30mL無水乙醇，輕輕搖晃使混合粉末完全浸沒在無水乙醇中，超聲處理30分鐘。稱取質(zhì)量濃度為60%的聚四氟乙烯乳液與活性炭的比例為1: 6，逐滴加入到混合液中，再超聲處理30分鐘，將混合液放到80°C的水浴中使乙醇蒸發(fā)，期間不斷攪拌混合液直到混合液形成面粉團(tuán)狀為止，將催化層的厚度滾壓成0-0.45mm的薄片，從而得到催化層。
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，旨在提供一種生物電滲析新型陰極的制備方法。該方法所述的生物電滲析系統(tǒng)的新型陰極是由空氣陰極和造孔劑三層輥壓式制成，所述三層由擴(kuò)散層、基體材料層、催化層構(gòu)成，所述空氣陰極主要基體材料為不銹鋼網(wǎng)，所述基體材料兩面分別輥壓擴(kuò)散層和催化層，其中擴(kuò)散層與空氣接觸，催化層與電解液接觸，所述的造孔劑加入到擴(kuò)散層中一同輥壓。在此過程中，具有制備成本低、能耗小、操作簡便的特點(diǎn)，兼顧了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益。
【IPC分類】C25B11-03, C25B11-04
【公開號】CN104611718
【申請?zhí)枴緾N201410857004
【發(fā)明人】劉廣立, 程興, 黎嘉儀, 駱海萍, 張仁鐸
【申請人】中山大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月30日